Development of composites manufacturing process through additive manufacturing process technology

O trabalho trata do desenvolvimento de processo de fabricação de compósitos de fibras longas através da tecnologia de manufatura aditiva, possibilitando a criação de peças com maior resistência mecânica através da combinação adequada de materiais com diferentes propriedades mecânicas. Os processos de manufatura aditiva consistem na obtenção de um objeto sólido a partir de um modelo digital de três dimensões, através do fatiamento deste modelo e da adição sequencial de material com o objetivo de criar suas respectivas camadas, permitindo a reprodução real do modelo digital escolhido. Um compósito é a combinação de materiais com diferentes propriedades para a obtenção de um novo material com características específicas, permitindo a criação de melhores arranjos de propriedades através da escolha adequada dos materiais a serem combinados. Os materiais que formam um compósito podem ser divididos em matriz e reforço, entre os quais, os materiais de reforço são responsáveis por suportar os carregamentos transmitidos pela matriz. O uso de materiais poliméricos reforçados resulta em um material com baixo peso e elevada resistência mecânica. A adição de fibras longas nos processos de manufatura aditiva é foco do estudo, no qual foi utilizada a tecnologia Fused Deposition Modeling devido à sua simplicidade e facilidade de acesso a equipamentos de baixo custo para fins de validação de conceito. Foi desenvolvido e construído um cabeçote de deposição contínua de fibras longas, adequado ao uso no processo de deposição por camadas, através do qual foram manufaturados corpos de prova, que foram ensaiados mecanicamente conduzindo a resultados satisfatórios, validando a técnica e indicando que a fabricação de polímeros reforçados através da tecnologia de manufatura aditiva é um processo promissor.The work deals with the development of long fiber composite manufacturing process through additive manufacturing technology, enabling the creation of parts with higher mechanical strength through proper combination of materials with different mechanical properties. Additive manufacturing processes consist in obtaining a solid object from a three dimension digital model through the slicing of the model and the sequential addition of material layer by layer allowing the real reproduction of the digital model. A composite is a combination of materials with different properties to obtain a new material having specific characteristics, allowing the creation of the best arrangement of properties through the choice of materials to be combined. The materials that form a composite can be divided into matrix and reinforcement, where the reinforcing materials are responsible for supporting the loads transmitted by the matrix. The use of reinforced polymeric materials results in a material with low weight and high mechanical strength. The addition of long fibers in the additive manufacturing process is the focus of this study, where the Fused Deposition Modeling process was used due to its simplicity and facility to access low-cost equipment in order to validate the concept. The system developed was used to manufacture specimens which have been mechanically tested leading to satisfactory results, indicating a very promising process for the production of reinforced polymers by additive manufacturing technology